Małgorzata Kozieł

Małgorzata Kozieł
Pracownia Edukacji Matematycznej, Fizycznej i Chemicznej ŁCDNiKP
AZOT I JEGO PROSTE ZWIĄZKI
IV etap edukacji
Cele kształcenia
Cel ogólny:
-
uczeń prawidłowo korzysta z różnorodnych źródeł informacji.
Cele szczegółowe:
uczeń:
pozyskuje, analizuje i przetwarza dane z tabel i chemicznych tekstów źródłowych,
stosuje nabytą wiedzę do rozwiązywania problemów,
obserwuje, sprawdza, wyciąga wnioski z przeprowadzonych eksperymentów,
bezpiecznie posługuje się sprzętem laboratoryjnym i odczynnikami chemicznymi,
ustala przyczyny i skutki niepożądanych zmian w atmosferze i litosferze,
postrzega znaczenie przemian chemicznych zachodzących w otaczającym świecie.
Metody kształcenia: słowna i praktyczna (uczenie się przez działanie, praca z tekstem
przewodnim)
Formy pracy: jednolita – indywidualna i grupowa zróżnicowana.
Czas pracy: 1-2 godziny dydaktyczne.
Środki dydaktyczne: karta pracy, zestawy do doświadczenia uczniowskiego, materiały
pomocnicze (w zależności od dostępności w szkole źródeł potrzebne informacje mogą być
odszukane przez uczniów w trakcie zajęć - w odpowiednich podręcznikach, słownikach
chemicznych itp. bądź na stronach internetowych - albo przygotowane w ramach pracy
domowej przed zajęciami), karty charakterystyk substancji wykorzystanych w eksperymencie.
Przebieg zajęć:
Lp.
1.
Treść zajęć
Czynności
Aktywność ucznia
nauczyciela
Przypomnienie
Poleca wykonanie
Każdy uczeń kompletuje dane o budowie
wiadomości
zadania 1 w Karcie
atomu i cząsteczki azotu
o budowie atomu
pracy, kontroluje
azotu
poprawność
rozwiązań
2.
Ustalenie
Poleca wykonanie
Uczniowie wnioskują i przedstawiają
właściwości azotu
zadania 2, koryguje
właściwości azotu na podstawie danych
odpowiedzi uczniów
3.
4.
5.
6.
Zapisanie równań
Poleca wykonanie
Uczniowie uzupełniają równania reakcji,
reakcji
zadania 3, zadaje
rozpoznają właściwości redukujące
ilustrujących
pytania pomocnicze
i utleniające azotu
właściwości azotu
i kontrolne
Badanie
Poleca wykonanie
Uczniowie wykonują doświadczenie
właściwości
zadania 4, wspiera
w parach, wnioskują o właściwościach
amoniaku
pracę grupową
substancji, prezentują wyniki swoich prac
Ustalenie
Poleca wykonanie
Uczniowie rozwiązują schemat, układają
przemian
zadania 5, koryguje
wzory związków
związków azotu
odpowiedzi uczniów
Określenie
Poleca wykonanie
Przygotowanie informacji w zespołach na
przyczyn
zadań 6-10 (podział
tematy:
i skutków
na zespoły według
zespół 1. Scharakteryzowanie wybranych
naturalnych oraz
strategii
niepożądanych
nauczyciela),
zmian
w miarę potrzeb
w atmosferze
wspólnie z uczniami
i litosferze
analizuje informacje
z udziałem
związków azotu
tlenków azotu (zadanie 6)
zespół 2. Powstawanie kwaśnych deszczy
(zadanie 7)
zespół 3. Zanieczyszczenia powietrza tlenkami
azotu - źródła i skutki (zadanie 8)
zespół 4. Przedstawienie obiegu azotu
w przyrodzie (zadanie 9)
zespół 5. Zebranie informacji
o rozpowszechnieniu i
wykorzystaniu azotu (zadanie 10)
Przedstawienie wyników pracy zespołów
Załącznik nr 1
KARTA PRACY. AZOT I JEGO PROSTE ZWIĄZKI
Zadanie 1
Uzupełnij brakujące dane w tabeli 1.
Informacja 1.
Symbol
Pierwiastek
Tabela 1.
Konfiguracja
elektronowa atomu
Wzór
elektronowy
atomu
Wzór
elektronowy
cząsteczki N2
Wzór
prostego
jonu
azot
Temp.
topnienia, °C
Temp.
wrzenia, °C
-210
-196
Informacja 2.
Temperatura [°C]
0
20
40
60
80
Rozpuszczalność azotu [mg/100g H2O]
2,7
1,7
1,4
1,3
1,2
Rozpuszczalność tlenu [mg/100g H2O]
6,04
4,34
3,08
2,27
1,37
Informacja 3.
Średnia gęstość powietrza wynosi 1,29 g/dm3, a gęstości dwóch głównych składników
powietrza wynoszą: 1,43 g/dm3 i 1,25 g/dm3.
Zakładając, że powietrze zawiera objętościowo 21% tlenu i 78% azotu, wybierz z podanych
gęstość azotu.
Informacja 4.
Do kolby z azotem wprowadzono żarzące się drewienko. Zauważono, że palące się drewienko
gaśnie.
Zadanie 2
Korzystając z informacji 1 – 4 określ właściwości azotu i wpisz je w tabelę 2.
Tabela 2.
cechy
stan skupienia
barwa i zapach
rozpuszczalność w wodzie
właściwości azotu
gęstość w porównaniu z powietrzem
czy jest palny
czy podtrzymuje palenie
reaktywność
Zadanie 3
Dokończ równania reakcji, utwórz nazwy produktów
.. N2 +… H2
→ …………..
nazwa systematyczna - azan
…N2 + ….. → … NO2
nazwa systematyczna - ………………………
.. K
nazwa systematyczna - ………………………
+ … N2 → ……….
…Ca + … N2 →………..
nazwa systematyczna - ………………………
… Al + … N2
nazwa systematyczna - ………………………
→ ……..
Ustal, w których reakcjach azot pełni rolę utleniacza, a w których – reduktora?
Zadanie 4
Wykonaj doświadczenie.
Masz do dyspozycji: wodny roztwór amoniaku, fenoloftaleinę, roztwór kwasu.
Zaplanuj czynności, by zbadać właściwości amoniaku, które wpiszesz do tabeli 3.
Tabela 3. Co powinniśmy wiedzieć o amoniaku?
cechy substancji
właściwości azanu
0,76 g/dm3
gęstość
stan skupienia
barwa i zapach
rozpuszczalność w wodzie
odczyn roztworu
…………………………………
ilustrujące równanie jonowe
…..…………………………………
charakter chemiczny
…………………………………….
ilustrujące równania reakcji
…………. + HCl  ………………....
…………. + H2SO4  ..…………..…
Zadanie 5
Ustal wzory sumaryczne substancji oznaczonych w poniższym schemacie literami A, B, C, D
i E.
+ O2
+ O2
+ H2O
N2 ――→ A ――→ B ――→ C + A
+H2│kat.
+E
D
Zadanie 6
W tabeli 4. uzupełnij brakujące dane w nazwie i wzory tlenków azotu. Pozostałe informacje
znajdź w podręczniku lub w Internecie.
Tabela 4. Pożyteczne i szkodliwe tlenki azotu
nazwa
tlenku
wzór
tlenku
właściwości / zastosowania / działanie w organizmie
tlenek
azotu(I)
tlenek
azotu(II)
tlenek
azotu(...)
NO2
Zadanie 7
Nazwij zjawisko zachodzące w atmosferze, które zilustrowano poniższym równaniem:
….. NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
Zjawisko ……………………………………………………………….………
Zbilansuj równanie, opisz stopnie utlenienia.
Jak nazywa się taką reakcję redukcji-utleniania?
……………………………………………………………………………...
toksyczność
Zadanie 8
Uzupełnij poprawnie treść wypowiedzi.
1) Tlenki azotu powodują zanieczyszczenie powietrza, ponieważ ……………………………
2) Wybierz źródła pochodzenia tych zanieczyszczeń:
spalanie nieoczyszczonych paliw w procesie wytwarzania energii;
różnorodne procesy technologiczne w zakładach przemysłowych;
spaliny wytwarzane przez pojazdy, głównie samochody.
3) Wymień skutki działania tlenków azotu
………………………………………………………………………………………………
4) Zaproponuj sposób postępowania pozwalający chronić powietrze przed
zanieczyszczeniami
………………………………………………………………………………………………
Zadanie 9
Azot i jego związki występują nie tylko w atmosferze, lecz także w litosferze i biosferze, przy
czym substancje te ulegają stałym przemianom w obiegu zamkniętym. Po przeczytaniu opisu
procesów zachodzących z udziałem azotu i jego związków, narysuj schemat obiegu azotu
w przyrodzie.
W schemacie oznacz odpowiednio przemiany 1-6 oraz zaznacz obszary, w których mają
miejsce: atmosfera i gleba.
1
2
3
4
5
6
– wiązanie azotu przez mikroorganizmy zawierające enzym nitrogenazę
– nitryfikacja
– przyswajanie przez rośliny
– amonifikacja (gnicie)
– denitryfikacja
– kwaśny opad
Schemat obiegu azotu w przyrodzie
Zadanie 10
a) Na podstawie analizy danych zawartych w Informacji 2. odpowiedz, czy skład powietrza
rozpuszczonego w wodzie będzie taki sam jak powietrza atmosferycznego. Wyjaśnij
dlaczego.
b) Korzystając z danych zawartych w tabeli 5. i innych źródeł uzupełnij tabelę 6.
Tabela 5.
Pierwiastek
tlen
krzem
glin
żelazo
wapń
sód
potas
magnez
wodór
węgiel
fosfor
siarka
azot
Zawartość pierwiastka w % masowych
litosfera
organizm człowieka
50
63
28
9
5
0,004
3,6
1,5
2,6
0,15
2,4
0,25
2,1
0,04
0,9
10
0,09
20
0,08
1
0,05
0,2
0,03
3,1
Tabela 6. Do czego może być potrzebny azot?
Rozpowszechnienie w organizmie człowieka
(które miejsce / składnik jakich związków)
Występowanie:
w postaci wolnej (gdzie)
w postaci związków (przykłady)
Otrzymanie czystego pierwiastka
(metoda, kto i kiedy)
Zastosowanie azotu
Załącznik nr 2
MATERIAŁY POMOCNICZE
A.
Obieg azotu w przyrodzie
Azot bierze udział w tzw. obiegu kołowym. Wiąże się on z tlenem podczas wyładowań
atmosferycznych, następnie spływa z deszczem do gleby jako kwas HNO3. Kwas ten tworzy sole –
azotany, które zostają przetwarzane w białka przez rośliny. Część azotu atmosferycznego zostaje od
razu wprowadzona do białek przez działanie specjalnych odmian bakterii w takich roślinach jak
fasola, groch, łubin i koniczyna. Organizmy zwierzęce przyswajają azot związany w białkach wraz
z pokarmem roślinnym. Białka ulegają rozkładowi do amoniaku i w takiej postaci przechodzą do
gleby. Pod działaniem bakterii nitryfikacyjnych amoniak utlenia się do azotanów przyswajanych
ponownie przez rośliny. Część azotu zostaje uwolniona do atmosfery w wyniku działalności bakterii
denitryfikacyjnych.
Azot związany, wbudowany do związków organicznych, dostaje się w tej postaci do gleby
w szczątkach roślinnych i zwierzęcych. Te organiczne formy azotu nie są dla większości roślin
bezpośrednio dostępne. Jedynym związkiem organicznym azotu przyswajanym w znaczących
ilościach przez rośliny zielone jest mocznik - w ilościach śladowych są pobierane z otocznia niektóre
aminokwasy. Udostępnienie azotu organicznego zawartego w glebie odbywa się za pośrednictwem
bakterii i grzybów, przerabiających na NH3 związki organiczne, np. aminokwasy powstałe po
rozkładzie białka. Amoniak może pozostać w glebie w postaci soli amonowych, może także zostać
utleniony, najpierw do NO2−, a następnie, do NO3− podczas nitryfikacji. Proces ten prowadzą
w obecności tlenu chemoautotroficzne bakterie glebowe, które energię uzyskaną z utleniania NH3
zużywają do syntezy związków organicznych. Pierwszy etap: utlenianie amoniaku do azotynu
przeprowadzają bakterie z grupy nitrosomonas, natomiast drugi: utlenianie azotynu do azotanu bakterie z grupy nitrobacter.
B.
W uproszczeniu bakterie Nitrosomonas przeprowadzają reakcję: NH4+ + 1,5 O2 →NO2− + 2H+ + H2O
+ 352 kJ
zaś bakterie Nitrobacter:NO2− + 0,5 O2 → NO3− + 73 kJ
Bakterie obu tych grup występują w związku zwanym parabiozą, czyli zawsze razem. Dzięki temu
w glebie nie obserwuje się akumulacji szkodliwego azotynu.
Jon azotanowy może zostać ponownie zredukowany do wolnego azotu i powrócić do atmosfery,
zamykając w ten sposób cykl azotowy lub być pobrany prze roślinę. Redukcja odbywa się na skutek
działania bakterii denitryfikacyjnych. Niektóre bakterie chemosynetyzujące mogą wykorzystywać jon
NO3− jako akceptor elektronów w łańcuchu oddechowym. Odbywa się to w warunkach beztlenowych
lub słabo zaopatrzonych w tlen np. słabo przewietrzanych glebach lub wodach ubogich w tlen.
Działanie nitryfikatorów sprzyja retencji azotów w glebie, wiążą one bowiem lotny amoniak, który
jest wydzielany w procesie mineralizacji, do azotanu, łatwo pobieranego przez roślinę. Denitryfikatory
usuwają z gleby azotany.
Azotu obieg w przyrodzie, krążenie azotu, cykl azotu, cykliczna przemiana związków
azotowych w biosferze (dzięki której zachowana jest równowaga między biosferą i atmosferą),
polegająca na przekształceniu azotu atmosferycznego w substancje, które mogą być wykorzystane
przez organizmy żywe do syntezy kwasów nukleinowych i innych związków azotowych. W obiegu
azotu można wyróżnić cztery oddzielne procesy.
1. Wiązanie azotu polega na przekształcaniu azotu cząsteczkowego N2 z atmosfery, który wraz
z opadami atmosferycznymi przedostaje się do gleby i wody, tworząc jony amonowe, azotanowe(III)
i azotanowe(V), w amoniak przez pewne rodzaje bakterii (gł. Azotobacter i Clostridium) i sinic
(Nostoc).
2. Przyswajanie azotu w postaci azotanów(V) i amoniaku (jonów azotanowych(V) i amonowych)
przez rośliny zielone następuje po wprowadzeniu ich w aminokwasy i białka roślinne. Rośliny
C.
motylkowate wykorzystują azot atmosferyczny przy współudziale bakterii nitryfikacyjnych
(nitryfikatory).
3. Azot w postaci białek roślinnych wykorzystywany jest następnie przez konsumentów, czyli
pobierany przez zwierzęta roślinożerne. Zwierzęta drapieżne pobierają go z białkami innych zwierząt.
Po obumarciu roślin i zwierząt zawarte w nich białka są rozkładane do jonów amonowych
(amonifikacja) lub utleniane w procesie nitryfikacji przez bakterie nitryfikujące do przyswajalnych
przez rośliny azotanów. Taki sam proces ma miejsce w przypadku mocznika lub kwasu moczowego,
wydalanych przez zwierzęta w wyniku przemiany białek. Powstałe jony amonowe są ponownie
wykorzystywane przez rośliny oraz bakterie nitryfikacyjne i wracają do obiegu azotu.
4. Azotany(V) nie wykorzystane przez rośliny mogą gromadzić się w glebie (np. złoża saletry
chilijskiej) albo ulec denitryfikacji, polegającej na przekształceniu przez bakterie denitryfikacyjne,
w beztlenowym procesie oddychania, jonów azotanowych(V) w jony amonowe (zostające w glebie)
i wolny azot, który wraca do atmosfery.
Smog typu londyńskiego powstaje w słoneczne bezwietrzne dni ze spalin samochodowych
oraz pary wodnej skondensowanej na cząsteczkach pyłu i sadzy. Przy braku wiatru i silnym
nasłonecznieniu zawarte w pyłach metale (Al, Fe, Mn, Co, Cr, Ni, V) katalizują utlenianie z SO 2 do
SO3. Wydalany z silników NO2 pod wpływem promieniowania nadfioletowego przechodzi cykl
przemian, w wyniku których powstaje m.in. ozon. Reaguje on z znajdującymi się w spalinach
węglowodorami. Powstają przy tym aldehydy, ketony i inne niezwykłe substancje. Oprócz tego
w gazach spalinowych występuje 3,4 benzopiren, który jest związkiem silnie rakotwórczym.
Toksyczność spalin w znacznym stopniu zwiększa obecność w benzynie środka przeciwstukowego,
jakim jest tetraetyloołów. Powstały smog jest właściwie aerozolem kwasu siarkowego (VI)
z dodatkiem CO2.
D.
Typ smogu
fotochemiczny
typu Los Angeles
przemysłowy
typu Londyn
Powstawanie
Duże natężenie ruchu samochodowego przy
jednoczesnym dużym nasłonecznieniu
Wilgotne powietrze zawierające spaliny przy
zahamowanym ruchu powietrza
Główne składniki
NO, NO2,O3, CO
SO2, SO3, CO2
Źródła pochodzenia
zanieczyszczeń:
- spalanie
nieoczyszczonych paliw
w procesie wytwarzania
energii;
- różnorodne procesy
technologiczne
w zakładach
przemysłowych;
- spaliny wytwarzane przez
pojazdy, głównie
samochody.
E.
F.
G.